[发明专利]一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法

说明书

本发明涉及辐射环境探测技术领域，涉及一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法。该探测系统包括探头模块、恒流源模块、数据采集模块和控制模块；所述控制模块输入端与PC机相连，控制模块输出端与恒流源模块、数据采集模块和探头模块相连；所述恒流源模块与探头模块相连；所述数据采集模块的输入端与探头模块相连，数据采集模块的输出端与PC机相连；所述探头模块包括SOI结构的辐照传感器。本发明实现了星用PMOS剂量计的传感器国产化；提高了灵敏度，可用于更低累积剂量的测试；基于此结构的探测器便携、灵活、易用，适用于空间环境监测、半导体元器件电离效应评估及寿命预测。

技术领域

本发明涉及辐射环境探测技术领域，涉及一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法。

背景技术

空间环境中来自银河系、太阳系及地球磁场俘获的各类带电粒子及其次级射线，与航天器及载荷相互作用产生大量次级辐射，使航天器的材料、元器件、电子系统等产生辐射损伤，导致航天器各类有效载荷出现故障或失效，严重影响了航天器的可靠性运行和在轨运行寿命。因此，研究电子元器件及电子系统在空间带电粒子辐射中引起辐射损伤的吸收剂量及星内外的辐射环境是非常重要的，而测量空间辐射环境是其研究的重要手段。

空间复杂的辐射环境对器件造成的辐射效应，主要有电离总剂量效应、单粒子效应、位移效应，其中电离辐射总剂量效应是因为光子和带电粒子通过物理时被吸收或减速而损失的能量传递给晶格原子，导致以原子电离为主的结果，对器件的性能会产生永久性损伤的影响。

现用的空间总剂量测试仪PMOS剂量计，虽然很好的完成了各项试验任务，但对灵敏度、工程化要求等方面仍然存在不足，具有一定的改进和提升空间。存在的问题主要表现在一下几个方面(1)实现传感器的国内自主可控：现用的PMOS剂量计辐照传感器主要靠进口，由于国际上现在对我国部分核心元器件已经开始进行技术封锁，发展国内自主可控的传感器迫在眉睫。(2)辐照传感器的灵敏度不够：目前采购的传感器采用的体硅厚氧化层工艺的PMOSFET器件，相对于SOI(Silicon-On-Insulator)的传感器灵敏度相对还是较低，这对于低轨卫星的空间环境探测是不利的。(3)系统的工程化有待提高：现用的测试系统采用的传感器在零偏置电场下灵敏度和线性度较差，测试系统的功耗大大提高，不利于卫星载荷的搭载。

发明内容

为了解决现有的电离总剂量测试系统灵敏度差、系统功耗大的技术问题，本发明提供一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统，其特殊之处在于：包括探头模块、恒流源模块、数据采集模块和控制模块；所述控制模块输入端与PC机相连，控制模块输出端与恒流源模块、数据采集模块和探头模块相连；所述恒流源模块与探头模块相连；所述数据采集模块的输入端与探头模块相连，数据采集模块的输出端与PC机相连；所述探头模块包括SOI结构的辐照传感器。

上述控制模块包括单片机、存储器和继电器；所述存储器与单片机相连，单片机与继电器相连，继电器与探头模块相连。存储器将输入的程序发送到单片机，单片机根据程序设定输出高低电平控制继电器的开断，为探测仪的探头提供不同的加电状态。

上述恒流源模块包括运算放大器。运算放大器的输入电流为零，给运算放大器提供一个恒定的电压值，保证探头的一端保持这个恒定的电压，使得探头在工作的过程中始终处在一个恒定的电流状态。

上述数据采集模块包括AD/DA芯片和运算放大器。通过运算放大器放大输出信号，将放大的模拟信号发送到AD/DA芯片，转化为数字信号进行存储；所述运算放大器一端与探头模块相连，另一端与AD/DA芯片相连；AD/DA芯片与PC机相连。

本发明还提供一种基于SOI结构的电离总剂量探测方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：